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开关电源热敏电阻

开关电源由于其高效率、小型化的优点而成为电子设备的主流电源。另一方面,高频化、小型化的要求,使得解决开关电源的发热问题变得越来越重要。另外,异常时的过电流和大容量的滤波电容的冲击电流问题也必须得到解决。现介绍一下用于此方面的PTC(正温度系数)热敏电阻和NTC(负温度系数)热敏电阻。

1.过热检测用PTC热敏电阻

高密度、高输出的开关电源对于发热问题的考虑十分重要。通常,采用放置散热元件或散热片、强制气冷风扇等方法来解决过热问题。但即使这样,因使用状况的不同,也会发生超过容许温度值的情况。这时就需要使用温度检测元件,当到达异常温度时,强制抑制其输出。

PTC热敏电阻具有正的电阻温度特性,对于想检测的过热温度具有很好的敏感度。因此,以PTC热敏电阻作为温度传感器,采用简单的电路结构就可以实现过热保护功能。这样,就能够防止冒烟、放火花等故障,防患于未然。

而且,使用PTC热敏电阻保护电路的另一个特点是:解除发热异常的原因后,系统可以回到正常状态进行工作,无需像使用温度保险丝等元件那样必须进行更换。

2.过电流检测用PTC热敏电阻

将电阻值较低的PTC热敏电阻放入电源电路中,电压降、功耗都很少,而当有过大的异常电流流过时,因PTC热敏电阻自身的发热使其电阻值迅速增加而变为大电阻,从而实现限流的作用。

同样,PTC热敏电阻构成的过电流保护电路具有复原的特性,解除发生过电流的原因后即可恢复到原来的电阻值,无需像电流保险丝那样进行更换。另外,因电涌而引起的误动作及故障少是它的另一大特点。

3.抑制过冲电流的NTC热敏电阻

当开关电源启动时,伴随滤波电容的初期充电会产生过冲电流。这种电流可以达到正常动作电流的十倍以上,造成二极管、开关、保险丝等发生故障、变质。为抑制过冲电流,在输入端的滤波电容处串入NTC热敏电阻,因其具有负的电阻温度特性,随着温度的升高电阻值逐渐减小。因此,在电源启动初期,它变为大电阻,抑制过冲电流;之后伴随着电流的流过,自身发热(焦耳热),从而降低自己的电阻值以限制功耗。

除使用NTC热敏电阻以外,还可以使用固定电阻器来构成过冲电流抑制电路。但这种电路在正常工作状态下功耗很大,对于节省能源很不利。对于这一点,可以在固定电阻器上并联电磁继电器或三端双向可控硅等开关元件。当电源进入正常工作状态后将此开关接通,则可限制正常工作状态的功耗。但这种作法将导致元件数增多,另外还需要开关元件的驱动电路,这又成为一个问题。从以上观点可以看出,NTC热敏电阻是最适合节省能源的抑制过冲电流的元件。

今后的研究课题是:伴随着开关电源的小型化、高效率化的发展,对PTC热敏电阻的小型化、高精度、低电阻的要求自不必说,对抑制过冲电流的NTC热敏电阻的小型化、大容量的要求也十分强烈。现在,一些公司正在进行陶瓷材料的开发、重新设计电路结构等工作,以达到客户的要求,提供满足市场需求的产品。


本文节选自《开关电源实用技术》,由镭之源光纤激光器电源收集整理
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